DE102005030934A1

DE102005030934A1 - Instrumententräger und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005030934A1
Application number: DE102005030934A
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Danger; Andreas Hitz; Martin Pohl; Andreas Wille
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: FR2887844A1; US20070000709A1; DE102005030934B4; FR2887844B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Instrumententafelträger (1) für ein Kraftfahrzeug bzw. ein Kraftfahrzeug mit einem Instrumententafelträger (1), der bzw. das ein sich zwischen den A-Säulen (2, 3) der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil (4) aufweist. Eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung ist dem Tragprofil (4) zugeordnet und weist daran angeordnete Aktuatoren (7-9) auf. Ein Regler (10) wirkt mit den Aktuatoren (7-9) zusammen. Kernpunkt der Erfindung ist, dass die Aktuatoren (7-9) über den Regler mit einer Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Instrumententafelträger für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Instrumententafelträger gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Instrumententafelträger erstrecken sich bei einem Kraftfahrzeug zwischen den A-Säulen quer zur Fahrtrichtung. In herkömmlicher Bauweise besteht ein Instrumententafelträger im Wesentlichen aus einem Tragprofil, z.B. einem Rohr. Ein solcher Vorschlag geht aus der DE 196 20 919 A1 hervor. Ein Tragprofil aus einem starren Hohlträger offenbart die DE 195 34 568 A1 .

Im Bereich des Cockpits sind am Instrumententafelträger diverse Halterungen angeordnet für die Instrumententafel selber sowie zur Halterung bzw. Befestigung weitere Fahrzeugkomponenten, wie z.B. Heizungs- oder Klimaanlage, Airbag, Lenksäule, Mittelkonsole, Sicherungskasten oder Handschuhfach.

Grundsätzlich muss der Instrumententafelträger verschiedene Funktionen erfüllen. Er dient neben der Versteifung der Karosserie zur Energieaufnahme im Crashfall und zum Verbinden verschiedener Raumpunkte bzw. zur Festlegung der diversen Halter. Ferner muss er für den Betrieb in unterschiedlichsten Frequenzbereichen geeignet sein. Bislang werden die Instrumententafelträger im Querschnitt ebenso wie in der Wandstärke nach der ersten Eigenfrequenz ausgelegt. Im Fahrbetrieb kann es dennoch zu Schwingungen des Instrumententafelträgers kommen, wodurch Vibrationen und/oder Körperschall erzeugt wird, was sich nachteilig auf die Innenraumakustik des Kraftfahrzeugs ebenso wie auf das Fahrverhalten bzw. den Fahrkomfort auswirkt. Diese Eigenschwingungen versucht man zu fixieren oder konstruktiv zu optimieren. Hierzu ist ein Halter am Instrumententafelträger vorgesehen, über den eine Festlegung an der Karosserie erfolgt.

Aus der DE 101 12 738 C1 ist ein Schwingungsdämpfungssystem bekannt, das einem Tragprofil eines Instrumententafelträgers zugeordnet ist und das am Tragprofil angeordnete adaptive Piezoelemente umfasst. Über Sensoren werden Störschwingungen aufgenommen und mit Kompensationsschwingungen durch einen Regler in Zusammenwirkung mit den adaptiven Piezoelementen überlagert.

Aus der DE 102 11 946 C1 ist ferner ein System zur Übermittlung von Warnungen und Informationen an einen Fahrer bekannt. Informationen und Warnhinweise werden von dem System über den Tastsinn weitergeleitet. Dazu sind beispielsweise über Schwingungserzeuger an einem Lenkrad angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im praktischen Einsatz verbesserten Instrumententafelträger sowie ein Kraftfahrzeug mit hohem Fahrkomfort und gesteigerter Fahrsicherheit aufzuzeigen.

Der den Instrumententafelträger betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Die Lösung des das Kraftfahrzeug betreffenden Teils der Aufgabe zeigt Patentanspruch 3 auf.

Der technologische Zusammenhang zwischen den Lösungen nach Patentanspruch 1 einerseits und Patentanspruch 3 andererseits besteht in der Maß nahme, die Aktuatoren der Schwingungsdämpfungsanordnung über den Regler mit einer Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers zu koppeln. Durch diese Kopplung wird eine vorteilhafte Integration eines Systems zur Schwingungsdämpfung mit einem System zur Warnung eines Fahrers vor Gefahren, wie sie z.B. durch Müdigkeit des Fahrers entstehen können, erreicht. Mithin kann Bauraum und Gewicht eingespart werden.

Wenn durch die Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers eine entsprechende Müdigkeit detektiert wird, werden zur Warnung über den Regler starke Schwingungen der Aktuatoren und somit des Instrumententafelträgers angeregt. Es ist ferner vorstellbar, dass der Fahrer in monotonen Situationen durch die Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit in Verbindung mit dem Regler und den Aktuatoren kontinuierlich oder in zufälligen Abständen stimuliert wird, um das Entstehen einer möglichen Gefahrensituation zu verhindern.

Grundsätzlich kommen als Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit alle Systeme in Frage, die physiologische Zustände des Fahrers überwachen können, und solche, die das Erreichen und Überschreiten von definierten physikalischen Grenzen im Fahrbetrieb detektieren. Zu den physiologischen Zuständen, die zur Erkennung der Müdigkeit herangezogen werden können, gehören insbesondere die Augenbewegung, die Lidschlagfrequenz, die Muskelspannung und die Atemfrequenz des Fahrers. Als physikalische Grenzen des Fahrbetriebs sind insbesondere der Abstand zu Objekten außerhalb des Fahrzeugs, die relative Position des Fahrzeugs auf der Fahrbahn und die Dauer, während der ein Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit oder in gleicher Richtung gefahren wird, definierbar.

Die aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung erfasst sensorisch auftretende Schwingungen des Instrumententafelträgers im Fahrbetrieb und dämpft diese durch eine aktiv erzeugte Kompensationsschwingung. Hierdurch werden Schwingungen quasi aufgehoben bzw. in einen anderen, insbesondere einen höheren Frequenzbereich verschoben.

Die Anordnung greift aktiv ein und erzeugt periodische Verformungs- und Spannungsamplituden, die in geeigneter Phasenlage den Effekt einer Schwingungsauslöschung bzw. Frequenzdämpfung erzielen. Zudem kann die Anordnung verbundene Bauteile entkoppeln, so dass durch diese Maßnahme ein wirksamer Beitrag zur Schwingungsdämpfung realisiert wird. Eine Überleitung der Schwingungen bzw. des Kraftflusses im Verbindungsbereich einander angrenzender Bauteile wird vermieden.

Bei den Aktuatoren handelt es sich beispielsweise um piezokeramische Aktuator-/Sensorelemente, die als Faserverbundbauteil mit eingebetteten piezokeramischen Fasern und/oder Folien ausgeführt sind. Für eine Integration in Faserverbundstoffe eignen sich insbesondere dünne piezokeramische Scheibenelemente, die auch als Piezofolien bezeichnet werden, ebenso wie piezokeramische Fasern. Als piezokeramische Aktuatoren kommen bevorzugt Blei-Zirkonat-Titanat-Mischkeramiken mit hoher elektromechanischer Aktivität, das heißt relativer Längen-/Dickenänderung beim Anlegen einer elektrischen Spannung, zum Einsatz. Zudem können die piezokeramischen Aktuatoren als Stapelaktuatoren konfiguriert sein.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung beruht folglich auf der Nutzung einer Anordnung zur Schwingungsdämpfung zur Erzeugung von Schwingungen, die vom Fahrer – und soweit gewünscht auch von Mitfahrern – intuitiv als Warnung wahrgenommen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist auch eine vorteilhafte Nachrüstung von eingesetzten Instrumententafelträgern bzw. Kraftfahrzeugen möglich.

Der abhängige Patentanspruch 2 betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens von Patentanspruch 1.

Hiernach ist vorgesehen, die Aktuatoren im Anbindungsbereich der Lenksäule an das Tragprofil zu applizieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens von Patentanspruch 3 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 4 bis 16.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers wenigstens eine Kamera umfasst. Die Kamera kann auf das Gesicht des Fahrers gerichtet sein und insbesondere die Bewegung des Auges des Fahrers erfassen. Wesentliche physiologische Merkmale, die auf Müdigkeit schließen lassen, sind eine veränderte Lidschlagfrequenz sowie verzögerte Bewegungen der Augenbälle. Es ist vorstellbar, den Müdigkeitszustand des Fahrers durch zusätzliche Stimulierungen in Form von gezielt ausgelösten Lichtreizen zu prüfen. Diese Lichtreize können auch unterhalb der aktiven Wahrnehmungsschwelle eines Menschen ausgelöst werden.

Die Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers kann einen Fahrbahnbegrenzungsmarkierungssensor umfassen, welcher die Position seitlicher Fahrbahnbegrenzungsmarkierungen relativ zum Kraftfahrzeug erfasst. Die Erfassung kann optisch über Kameras im Bereich des sichtbaren oder infraroten Lichtspektrums sowie per Funk erfolgen. Entsprechende Markierungssender bzw. -transponder können in der Fahrbahn eingelassen sein. Mithin werden Veränderungen der relativen Position der Fahrbahnbegrenzungsmarkierungen registriert. Sollte das Fahrzeug über eine seitliche Begrenzung hinwegfahren, wird entsprechend eine Information bzw. Warnung an den Fahrer weitergeleitet.

Die Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit kann ferner Muskelspannungssensoren umfassen, welche die Muskelspannung des Fahrers erfassen. Diese können zweckmäßigerweise am Lenkrad angeordnet sein und den Druck erfassen, mit welchem der Fahrer das Lenkrad ergreift. Eine Veränderung des Handdrucks kann Müdigkeit anzeigen und ist somit von der Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit erfassbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit umfasst eine Drucktaste, die vom Fahrer periodisch oder auf Aufforderung zu betätigen ist. Als eine Art Totmannknopf kann diese Drucktaste am Lenkrad angeordnet oder als Pedal ausgeführt sein. Es ist ferner vorstellbar, dass die Drucktaste vom Fahrer mit dem Knie betätigbar ist.

Ferner kann ein Vibrationserzeuger vorgesehen sein, der einem Fahrersitz zugeordnet und mit der Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt ist. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Fahrer möglicherweise nicht zu jedem Zeitpunkt das Lenkrad in den Händen hält und deshalb die Schwingungen des Instrumententafelträgers nicht wahrnehmen kann.

Des Weiteren können akustische oder optische Warnmittel vorgesehen sein, die mit der Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit zusammenwirken. Über entsprechende Lichtreize oder hörbare Warnsignale kann somit die Sicherheit im Fahrbetrieb vorteilhaft erhöht werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Figur beschrieben, die in technisch vereinfachter Weise eine schematische Darstellung eines Instrumententafelträgers zeigt.
In der Figur ist ein Instrumententafelträger 1 dargestellt, der sich in einem Personenkraftwagen zwischen den hier andeutungsweise dargestellten A-Säulen 2, 3 der Kraftfahrzeugkarosserie quer zur Fahrtrichtung erstreckt und dort in geeigneter Weise festgelegt ist.
Der Instrumententafelträger 1 umfasst ein hohles Tragprofil 4, das die Instrumententafel trägt und zur Halterung bzw. Befestigung verschiedener Fahrzeugkomponenten wie Heizungs- oder Klimaanlage, Airbag, Mittelkonsole, Sicherungskasten oder Handschuhfach dient.
Die Lenksäulenanbindung ist in der Figur mit 5 bezeichnet. Die Lenksäule selbst hat das Bezugszeichen 6.
Dem Tragprofil 4 ist eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet. Hierzu sind Aktuatoren in Form von Piezoelementen 7, 8, 9 am Tragprofil appliziert, die mit einem Regler 10 zusammenwirken. Die Piezoelemente 7, 8, 9 vereinigen einen Sensor und einen Aktuator in einem Bauteil. Der Regler 10 ist extern im Kraftfahrzeug angeordnet. Die Spannungsversorgung für die Anordnung zur Schwingungsdämpfung ist in der Figur nicht dargestellt. Üblicherweise wird sie durch eine 12-Volt- oder 24-Volt-Spannungsquelle realisiert.
Man erkennt, dass Piezoelemente 7 im Anbindungsbereich 11 zwischen den A-Säulen 2, 3 und dem Tragprofil 4 angeordnet sind. Weitere Piezoelemente 8 sind zwischen der Lenksäulenanbindung 5 und dem Tragprofil 4 platziert. Darüber hinaus sind Piezoelemente 9 auf dem Tragprofil 4 appliziert, beispielsweise aufgeklebt.
Es ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12 zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers vorgesehen. Diese umfasst eine Kamera 13, die auf die Augen des Fahrers gerichtet ist. Wird eine Veränderung der Lidschlagfrequenz erfasst, die auf Müdigkeit hindeutet, so wird diese Information von der Vorrichtung 12 zur Erkennung der Müdigkeit an den Regler 10 weitergeleitet. Der Regler 10 erzeugt abhängig vom ermittelten Gefährdungsgrad über die adaptiven Piezoelemente 7–9 Schwingungen des Tragprofils 4, die vom Fahrer intuitiv als Information oder Warnung über den Tastsinn aufgenommen werden. Durch einen nicht näher dargestellten Strahler können Lichtreize erzeugt werden, um die Müdigkeit des Fahrers durch gezielte Stimulierungen zu testen.
Es sind weitere Kameras 14 vorgesehen, die seitlich am Kraftfahrzeug angeordnet sind und die Position von Fahrbahnbegrenzungen relativ zum Fahrzeug erfassen. Hierbei wird der Umstand genutzt, dass Fahrbahnbegrenzungsmarkierungen in der Regel in den Farben weiß oder gelb auf einen schwarzen oder dunkelgrauen Untergrund aufgetragen werden und dass somit ein kontrastreiches Bild entsteht. Überfährt das Fahrzeug die seitlichen Fahrbahnmarkierungen, so wird eine entsprechende Warnung ausgelöst.
Ferner sind Abstandssensoren 15 an allen Seiten des Fahrzeugs vorgesehen, die den Abstand des Kraftfahrzeugs von externen Objekten, beispielsweise anderen Fahrzeugen, Fußgängern oder Pfosten erfassen.
An einem an der Lenksäule 6 befestigten Lenkrad 16 sind Drucksensoren 17 befestigt, die den Druck erfassen, mit welchem der Fahrer das Lenkrad 16 ergreift. Die Drucksensoren 17 werden zusätzlich als so genannter Totmannknopf genutzt. Es ist ferner eine Anzeige 18 in der Nähe oder an einer Windschutzscheibe vorgesehen, die auffordert, den Druck für eine kurze Zeit zu verändern, mit welchem das Lenkrad 16 ergriffen wird. Ein Lautsprecher 19 ist an oder in der Nähe des Tragprofils 4 geeignet befestigt, um ein zusätzliches akustisches Aufforderungssignal zu erzeugen. Die Drucksensoren 17, die Anzeige 18 und der Lautsprecher 19 sind mit dem Regler 10 verbunden.
Unter dem Sitzpolster des nicht näher dargestellten Fahrersitzes ist ein Vibrationserzeuger angeordnet, der ebenfalls mit der Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit gekoppelt ist.
Die Anzeige 18 und der Lautsprecher 19 können allgemein auch zur Erzeugung von anderen Warnsignalen mit der Vorrichtung 12 zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers oder mit anderen Systemen des Kraftfahrzeugs über den Regler 10 gekoppelt sein.
Durch den erfindungsgemäßen Instrumententafelträger 1 bzw. durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit dem Instrumententafelträger 1 wird eine vorteilhafte Integration eines Systems zur Schwingungsdämpfung mit einem System zur Warnung eines Fahrers vor Müdigkeit erreicht. Auf diese Weise kann Bauraum und Gewicht eingespart werden. Mithin können neben der Sicherheit die Leistungscharakteristiken und der Komfort des Kraftfahrzeugs erhöht werden.

1: Instrumententafelträger
2: A-Säule
3: A-Säule
4: Tragprofil
5: Lenksäulenanbindung
6: Lenksäule
7: Piezoelement
8: Piezoelement
9: Piezoelement
10: Regler
11: Anbindungsbereich
12: Vorrichtung zur Erkennung der Müdigkeit
13: Kamera
14: Kamera
15: Abstandssensor
16: Lenkrad
17: Drucksensor
18: Anzeige
19: Lautsprecher

Claims

Instrumententafelträger für ein Kraftfahrzeug, der ein sich zwischen den A-Säulen (2, 3) der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil (4) aufweist, dem eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist, welche am Tragprofil (4) angeordnete Aktuatoren (7–9) sowie einen mit diesen zusammenwirkenden Regler (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (7–9) über den Regler (10) mit einer Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (8) im Anbindungsbereich (5) der Lenksäule (6) an das Tragprofil (4) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit einem Instrumententafelträger, der ein sich zwischen den A-Säulen (2, 3) der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil (4) aufweist, dem eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist, welche am Tragprofil (4) und/oder an der Lenksäule (6) angeordnete Aktuatoren (7–9) sowie einen mit diesen zusammenwirkenden Regler (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (7–9) über den Regler (10) mit einer Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers wenigstens eine Kamera (13) umfasst.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (13) die Bewegung der Augen des Fahrers erfasst.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers zumindest einen Fahrbahnbegrenzungsmarkierungssensor (14) umfasst, welcher die Position seitlicher Fahrbahnbegrenzungsmarkierungen relativ zum Kraftfahrzeug erfasst.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers einen Abstandssensor (15) umfasst, welcher den seitlichen Abstand des Kraftfahrzeugs von externen Objekten erfasst.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers Muskelspannungssensoren (17) umfasst, welche die Muskelspannung des Fahrers erfassen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Muskelspannungssensoren (17) an einem Lenkrad (16) angeordnet sind und den Druck erfassen, mit welchem der Fahrer das Lenkrad ergreift.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers wenigstens eine Drucktaste (17) umfasst, die vom Fahrer periodisch oder auf Aufforderung zu betätigen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucktaste (17) am Lenkrad (16) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucktaste ein Pedal ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucktaste vom Fahrer mit dem Knie betätigbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vibrationserzeuger einem Fahrersitz zugeordnet ist, der mit der Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass optische Warnmittel (18) vorgesehen sind, die mit der Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass akustische Warnmittel (19) vorgesehen sind, die mit der Vorrichtung (12) zur Erkennung der Müdigkeit des Fahrers gekoppelt sind.